过程设备设计基础实验指导书

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1、过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》实验指导书陈兵编改西安石油大学机械工程学院二00三年六月目录一.实验目的与要求3二.学生实验手册4实验一.内压薄壁容器的应力测定实验5实验二.外压薄壁圆筒形容器失稳实验11实验三.厚壁圆筒爆破及测试实验14实验四.高压容器内外壁应力测定19一、实验目的与要求《过程设备设计基础》课程所属的实验是过程装备与控制工程专业的重要教学环节之一，它的目的是：1．巩固，加深理解所学的理论知识；2．培养学生掌握一些最基本的专业实验方法和测量技术，培养和提高观察现象，分析数据和整理实

2、验结果的能力；3．锻炼和培养成学生“三严”的科学作风即严肃的态度，严格的要求，严密的方法。为此，要求学生做到：1．实验前做好充分准备，根据实验指导书认真做好预习；明确每次实验的目的与要求；考虑好实验所需的设备、仪器、工具及其它物品的名称、规格、数量、弄清楚实验的步骤以及由实验所需要的数据。2．在实验过程中，必须严格按“操作规程”进行，要求发挥主观能动性，充分利用有限的时间，精心操作，周密观察，发现问题，深入细致的考虑问题。3．实验完备后，认真整理所得的数据，结合实际情况加以分析，写出实验报告并提出自己的看法

3、和见解。24二、学生实验手册1.实验前，预习实验指导书，经教师提问检查合格后，方可进行实验；2.实验时，必须使用指定的仪器、设备和工具，不得随便动用本实验无关的其它东西；3.实验时，必须先熟悉机器、设备和操作规程，开动机器及设备，应先经指导教师检查同意，不懂、不会时严禁操作；4.发生不正常的现象或事故，必须立即切断电源（指电器设备），保护现场，报告老师；5.实验完备后，整理各仪器设备，清洁场地。24实验一内压薄壁容器的应力测定实验一、实验目的：1．了解薄壁容器在内压作用下，筒体的应力分布情况；验证薄壁容器筒

4、体应力计算的理论公式。2．熟悉和掌握电阻应变片粘贴技术的方法和步骤。3．掌握用应变数据采集测量仪器测量应变的原理和操作方法。二、实验原理1．理论计算根据薄壁壳体的无力矩理论可以求得受内压的薄壁容器筒体部分的应力值：经向应力（轴向应力）环向应力（周向应力）式中：—容器所受内压力（MPa）－容器内直径（mm）－容器壁厚（mm）－经向应力－环向应力2．实验测定：（1）应力测定的基本原理：薄壁容器受内压后，器壁各点均处于两向受力状态，当其变形在弹性范围以内，容器壁各点的应力应变符合虎克定律，即：故只要测得容器壁的径

5、向应变和环向应变，即可根据虎克定律求得和。24（2）用电阻应力仪测量应变的原理：图1应变片结构简图电阻应变测量法是测定压力容器筒壁应变的常用方法之一。其测量装置由三部分组成：即电阻应变片，连接导线和电阻应变仪。常用的电阻应变片是很细的金属电阻丝粘于绝缘的薄纸上而成。见图一所示，将此电阻片用特殊的胶合剂贴在容器壁欲测之部位。当容器受内压作用发生变形时，电阻丝随之而变形。电阻丝长度及截面的改变引起其电阻值的相应改变，则可以用电阻应变仪测出电阻的改变，再换算成应变，直接由应变仪上读出。电阻丝的应变与电阻的改变有如

6、下的关系：式中：—电阻丝单位电阻改变—电阻丝单位长度改变（如电阻片与器壁完全一起变形，即无器壁之应变。）—灵敏系数，与电阻丝的物理性质有关，对于一定的电阻片而言，为常数。图2电桥测量原理图由于电阻丝的电阻和值对于一定的电阻片为一已知值，故只要测得ΔR（电阻丝电阻改变）就可以求出值。电阻应变仪是采用电桥测量原理测出ΔR并换成（即为）的变形量。简单的电桥测量原理见图2.图中：当电桥平衡（即检流计中无电流通过）时：或当有△24变动时（如电阻应变片电阻丝由于变形而发生阻值的改变），可调电阻R改变△R后使电桥重新达到

7、平衡。把△R换算成，就可以直接在应变仪上读出。补偿电阻用以消除因温度影响而产生的测量误差，它与测量电阻阻值相同并在同一温度条件下，但不承受载荷，故对受温度影响有补偿作用。三、实验装置实验容器的筒体用，壁厚为8mm的无缝管制造，具体尺寸如图3所示：图3实验容器和容器四、实验步骤：1．了解实验装置（包括管路、阀门、容器、压力自控泵等在实验装置中的功能和操作方法）及电阻片粘贴位置，测量电气线路，转换旋钮等。2．电阻片的粘贴步骤和方法：（1）根据选择的测点位置，用砂纸打光；再按筒体的经线和纬线方向用划针或铅笔划出测

8、点的位置及方向；以后再用棉球、丙酮等除去污垢。24（2）测量电阻应变片的电阻值，记录电阻片的灵敏系数，以便将应变仪灵敏系数点放在相应的位置上（实验室已准备好）。（3）将“502”胶液均匀分布在电阻片的背面（注意：胶液均均匀涂在电阻片反面，不可太多，引出线须向上）。随即将电阻片粘贴在欲测部位，并用滤纸垫上，施加接触压力，挤出贴合面多余胶水及气泡（注意：电阻丝方向应与测量方向一致，用手指按紧一至两分钟）。（4）在电阻